(57)【要約】【課題】シャント抵抗を用いることなく、電動機の電磁コイルに流れる電流値を測定することのできる技術を提供することを目的とする。【解決手段】  電動機の制御装置は、電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、相対速度と電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と電動機が有する電磁コイルの抵抗値と電動機の逆起電力定数とに基づいて、電磁コイルに流れる電流値を算出する演算部と、算出された電流値に基づいて、電動機を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１１
2010124653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の制御装置であって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する演算部と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
前記演算部は、さらに、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値と前記電動機のトルク定数とに基づいて、目標電流値を算出し、
前記制御部は、前記算出された電流値と前記目標電流値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値を調整するフィードバック制御を行なう、制御装置。
【請求項３】
電動機の制御装置であって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する演算部と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置を備える電動機。
【請求項５】
請求項４に記載の電動機を備える電動機搭載装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、電子機器である、装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、プロジェクタである、装置。
【請求項８】
請求項５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、移動体である、装置。
【請求項９】
請求項５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、ロボットである、装置。
【請求項１０】
電動機の制御方法であって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする工程と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する工程と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する工程と、
を備える、制御方法。
【請求項１１】
電動機の制御方法であって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする工程と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する工程と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する工程と、
を備える、制御方法。
【請求項１２】
電動機の制御処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする機能と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する機能と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する機能と、
を前記コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。
【請求項１３】
電動機の制御処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする機能と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する機能と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する機能と、
を前記コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブラシレスモータに関する技術としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９８９８２号公報
【０００４】
ところで、従来のサーボモータには、トルク制御を行なうために、シャント抵抗を用いて電磁コイルに流れる電流値を測定し、電流値を制御するものがある。しかし、このシャント抵抗を用いたトルク制御技術では、以下の問題が生じていた。
１．電力損失
２．シャント抵抗による発熱
３．電流測定のダイナミックレンジ不足
４．電流測定を行なうことによるＳ／Ｎ比の劣化
５．電流測定を行なうためにフィルタリング回路を要すること
６．電流測定を行なうためのＡＭＰ回路の配線が乱雑であること
さらに、ロボット等では複数のサーボモータが使用されるため、トルク制御のためのシャント抵抗を無くした制御方法への強い要望があったものの、実現には至っていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、シャント抵抗を用いることなく、電動機の電磁コイルに流れる電流値を測定することのできる技術を提供することを目的とする。また、シャント抵抗を用いることなく、電動機を制御することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
【０００７】
[適用例１]
電動機の制御装置であって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する演算部と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
適用例１の装置によれば、シャント抵抗を用いることなく、電動機の電磁コイルに流れる電流値を測定することができる。また、シャント抵抗を省略することができるので、シャント抵抗による電力損失や、発熱を抑制することが可能となる。
【０００８】
[適用例２]
適用例１に記載の電動機の制御装置であって、
前記演算部は、さらに、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値と前記電動機のトルク定数とに基づいて、目標電流値を算出し、
前記制御部は、前記算出された電流値と前記目標電流値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値を調整するフィードバック制御を行なう、制御装置。
適用例２の装置によれば、フィードバック制御を行なうので、電動機を適切に制御することができる。
【０００９】
[適用例３]
電動機の制御装置であって、
前記電動機が有する第１の駆動部材と第２の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する演算部と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
適用例３の装置によれば、シャント抵抗を用いることなく、電動機を制御することができる。
【００１０】
[適用例４]
適用例１ないし３のいずれかに記載の制御装置を備える電動機。
【００１１】
[適用例５]
適用例４に記載の電動機を備える電動機搭載装置。
【００１２】
[適用例６]
適用例５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、電子機器である、装置。
【００１３】
[適用例７]
適用例５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、プロジェクタである、装置。
【００１４】
[適用例８]
適用例５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、移動体である、装置。
【００１５】
[適用例９]
適用例５に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、ロボットである、装置。
【００１６】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電動機の制御方法および装置、制御システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。また、本発明は、本発明による制御装置を備えた電動機、その電動機を備えた電子機器、プロジェクタ、携帯機器、ロボット、移動体等の形態で実現することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのブラシレスサーボモータの構成を示す説明図である。このモータは、モータ本体１００と、駆動制御回路２００と、回転エンコーダ３００とを備えている。モータ本体１００は、ステータコイル１０と、回転軸１１２を中心として回転するロータ３０とを有している。なお、回転エンコーダ３００としては、スリット円板を透過する透過光を測定する形式のものが使用されている。
【００１９】
図２は、ブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。駆動制御回路２００は、ＣＰＵ２２０と、駆動信号生成部２４０と、２相のドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂとを備えている。２つの磁気センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢは、ＡＤ変換部２６０でデジタル多値信号に変換されて、駆動信号生成部２４０に供給される。また、回転エンコーダ３００の位置信号ＲＥＰも駆動信号生成部２４０に供給される。駆動信号生成部２４０は、これらの信号ＳＳＡ，ＳＳＢ，ＲＥＰに基づいて、２相の駆動信号を生成する。ドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂは、これらの２相の駆動信号に従ってモータ本体１００内の２相の電磁コイル群１１，１２を駆動する。
【００２０】
図３は、ドライバ回路の内部構成を示す説明図である。各相のドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂは、それぞれＨ型ブリッジ回路を構成している。例えば、Ａ相のドライバ回路２５０Ａは、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じてＡ相コイル１１を駆動する。符号ＩＡ１，ＩＡ２が付された矢印は、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２によって流れる電流方向をそれぞれ示している。他の相も同様である。なお、ドライバ回路としては、複数の駆動トランジスタで構成される種々の構成の回路を利用可能である。
【００２１】
図４は、駆動信号生成部２４０（図２）の内部構成と動作を示す説明図である。なお、ここでは図示の便宜上、Ａ相用の回路要素のみを示しているが、Ｂ相用にも同じ回路要素が設けられている。
【００２２】
駆動信号生成部２４０は、基本クロック生成回路５１０と、１／Ｎ分周器５２０と、ＰＷＭ部５３０と、正逆方向指示値レジスタ５４０と、乗算器５５０と、符号化部５６０と、電圧指令値レジスタ５８０と、励磁区間設定部５９０と、計測部４２０とを備えている。Ａ相磁気センサ出力ＳＳＡは、符号化部５６０と励磁区間設定部５９０とに供給されている。回転エンコーダ３００の位置信号ＲＥＰは、計測部４２０に供給されている。
【００２３】
基本クロック生成回路５１０は、所定の周波数を有するクロック信号ＰＣＬを発生する回路であり、例えばＰＬＬ回路で構成される。分周器５２０は、このクロック信号ＰＣＬの１／Ｎの周波数を有するクロック信号ＳＤＣを発生する。Ｎの値は所定の一定値に設定される。このＮの値は、予めＣＰＵ２２０によって分周器５２０に設定される。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、乗算器５５０から供給される乗算値Ｍａと、正逆方向指示値レジスタ５４０から供給される正逆方向指示値ＲＩと、符号化部５６０から供給される正負符号信号Ｐａと、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａとに応じて、Ａ相駆動信号を生成する。この動作については後述する。
【００２４】
正逆方向指示値レジスタ５４０内には、モータの回転方向を示す値ＲＩがＣＰＵ２２０によって設定される。本実施例では、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルのときにモータが正転し、Ｈレベルのときに逆転する。ＰＷＭ部５３０に供給される他の信号Ｍａ，Ｐａ，Ｅａは以下のように決定される。
【００２５】
磁気センサ４０Ａの出力ＳＳＡは、符号化部５６０に供給される。符号化部５６０は、磁気センサ出力ＳＳＡのレンジを変換するとともに、センサ出力の中位点の値を０に設定する。この結果、符号化部５６０で生成されるセンサ出力値Ｘａは、正側の所定の範囲（例えば＋１２７〜＋０）と負側の所定の範囲（例えば−０〜−１２７）の値を取る。但し、符号化部５６０から乗算器５５０に供給されるのは、センサ出力値Ｘａの絶対値であり、その正負符号は正負符号信号ＰａとしてＰＷＭ部５３０に供給される。電圧指令値レジスタ５８０は、計測部４２０から与えられた電圧指令値Ｙａを記憶する。計測部４２０の動作については後述する。
【００２６】
電圧指令値Ｙａは、後述する励磁区間信号Ｅａとともに、モータの平均電圧を設定する値として機能するものであり、例えば０〜１．０の値を取る。仮に、非励磁区間を設けずに全区間を励磁区間とするように励磁区間信号Ｅａを設定した場合には、Ｙａ＝０は平均電圧をゼロとすることを意味し、Ｙａ＝１．０は平均電圧を最大値とすることを意味する。後述するように、本実施例のモータでは、この電圧指令値Ｙａ及び励磁区間信号Ｅａが、測定電流値Ｉｓｘに応じたサーボ制御（ＰＩＤ制御）によって決定される。したがって、本実施例のモータは、サーボモータとして利用することが可能である。
【００２７】
図４（Ａ）の乗算器５５０は、符号化部５６０から出力されたセンサ出力値Ｘａと、電圧指令値Ｙａとを乗算して整数化し、その乗算値ＭａをＰＷＭ部５３０に供給する。図４（Ｂ）〜（Ｅ）は、乗算値Ｍａが種々の値を取る場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示している。ここでは、全期間が励磁区間であり非励磁区間が無いものと仮定している。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＳＤＣの１周期の間に、デューティがＭａ／Ｎであるパルスを１つ発生させる回路である。すなわち、図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、Ａ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２のパルスのデューティが増加する。なお、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１は、磁気センサ出力ＳＳＡが正のときにのみパルスを発生する信号であり、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２は磁気センサ出力ＳＳＡが負のときにのみパルスを発生する信号であるが、図４（Ｂ）〜（Ｅ）ではこれらを合わせて記載している。また、便宜上、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２を負側のパルスとして描いている。
【００２８】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、磁気センサ出力の波形とＰＷＭ部５３０で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。図中、「Ｈｉｚ」は電磁コイルを未励磁状態としたハイインピーダンス状態を意味している。図４で説明したように、Ａ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２は磁気センサ出力ＳＳＡのアナログ波形を利用したＰＷＭ制御によって生成される。従って、これらのＡ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を用いれば、各コイルに、磁気センサ出力ＳＳＡの変化に対応する実効電圧を供給することが可能である。
【００２９】
ＰＷＭ部５３０は、さらに、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａで設定される励磁区間のみに駆動信号を出力し、励磁区間以外の区間（非励磁区間）では駆動信号を出力しないように構成されている。図５（Ｂ）は、全区間を励磁区間ＥＰに設定した場合の駆動信号波形を示している。図５（Ｃ）は、励磁区間信号Ｅａによって励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定した場合の駆動信号波形を示している。図５（Ｃ）の励磁区間ＥＰでは、図５（Ｂ）の駆動信号パルスがそのまま発生し、非励磁区間ＮＥＰでは駆動信号パルスが発生しない。このように、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定するようにすれば、センサ出力の中位点近傍（これは逆起電力波形の中位点近傍に相当する）においてコイルに電圧を印加しないので、モータの効率をさらに向上させることが可能である。なお、励磁区間ＥＰは、センサ出力波形（これは逆起電力波形にほぼ等しい）のピークを中心とする対称な区間に設定されることが好ましく、非励磁区間ＮＥＰは、センサ出力波形の中位点（中心点）を中心とする対称な区間に設定されることが好ましい。
【００３０】
図６は、ＰＷＭ部５３０（図４）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンタ５３１と、ＥＸＯＲ回路５３３と、駆動波形形成部５３５とを備えている。これらは以下のように動作する。
【００３１】
図７は、モータ正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この図には、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、正逆方向指示値ＲＩと、励磁区間信号Ｅａと、乗算値Ｍａと、正負符号信号Ｐａと、カウンタ５３１内のカウント値ＣＭ１と、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２と、駆動波形形成部５３５の出力信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２とが示されている。カウンタ５３１は、クロック信号ＳＤＣの１期間毎に、クロック信号ＰＣＬに同期してカウント値ＣＭ１を０までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値ＣＭ１の初期値は乗算値Ｍａに設定される。なお、図７では、図示の便宜上、乗算値Ｍａとして負の値も描かれているが、カウンタ５３１で使用されるのはその絶対値｜Ｍａ｜である。カウンタ５３１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭ１が０で無い場合にはＨレベルに設定され、カウント値ＣＭ１が０になるとＬレベルに立ち下がる。
【００３２】
ＥＸＯＲ回路５３３は、正負符号信号Ｐａと正逆方向指示値ＲＩとの排他的論理和を示す信号Ｓ２を出力する。モータが正転する場合には、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２は、正負符号信号Ｐａと同じ信号となる。駆動波形形成部５３５は、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２から、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。すなわち、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２がＬレベルの期間の信号を第１の駆動信号ＤＲＶＡ１として出力し、出力Ｓ２がＨレベルの期間の信号を第２の駆動信号ＤＲＶＡ２として出力する。なお、図７の右端部付近では、励磁区間信号ＥａがＬレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間ＮＥＰが設定されている。従って、この非励磁区間ＮＥＰでは、いずれの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。
【００３３】
図８は、モータ逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。モータ逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される。この結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が図７から入れ替わっており、この結果、モータが逆転することが理解できる。
【００３４】
図９は、励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。励磁区間設定部５９０は、電子可変抵抗器５９２と、電圧比較器５９４，５９６と、ＯＲ回路５９８とを有している。電子可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖは、ＣＰＵ２２０によって設定される。電子可変抵抗器５９２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧比較器５９４，５９６の一方の入力端子に与えられている。電圧比較器５９４，５９６の他方の入力端子には、磁気センサ出力ＳＳＡが供給されている。電圧比較器５９４，５９６の出力信号Ｓｐ，Ｓｎは、ＯＲ回路５９８に入力されている。ＯＲ回路５９８の出力は、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを区別するための励磁区間信号Ｅａである。
【００３５】
図９（Ｂ）は、励磁区間設定部５９０の動作を示している。電子可変抵抗器５９２の両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、抵抗値Ｒｖを調整することによって変更される。具体的には、両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧レンジの中央値（＝ＶＤＤ／２）からの差分が等しい値に設定される。磁気センサ出力ＳＳＡが第１の電圧Ｖ１よりも高い場合には第１の電圧比較器５９４の出力ＳｐがＨレベルとなり、一方、磁気センサ出力ＳＳＡが第２の電圧Ｖ２よりも低い場合には第２の電圧比較器５９６の出力ＳｎがＨレベルとなる。励磁区間信号Ｅａは、これらの出力信号Ｓｐ，Ｓｎの論理和を取った信号である。従って、図９（Ｂ）の下部に示すように、励磁区間信号Ｅａは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを示す信号として使用することができる。励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定は、計測部４２０が可変抵抗値Ｒｖの値を更新することによって行なわれる。
【００３６】
上述の説明から理解できるように、本実施例のブラシレスモータでは、電圧指令値Ｙａによって乗算値Ｍａ（駆動信号のデューティ）を調整し、励磁区間信号Ｅａによって励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを調整をすることができる。換言すれば、本実施例のブラシレスモータでは、電圧指令値Ｙａ及び可変抵抗値Ｒｖを調整することによって、ブラシレスモータに電源電圧が供給される期間の割合を調整することが可能である。
【００３７】
図１０は、電源からモータ本体の電磁コイルまでの回路構成を模式的に示す説明図である。ドライバ回路２５０及び電磁コイル１１は、電源２４と接続されている。電源２４は、電源電圧Ｅｓ（以下では供給電圧値Ｅｓとも呼ぶ）を電磁コイル１１に供給する。電磁コイル１１は、内部抵抗３１と、逆起電力Ｅｇとで模擬されている。内部抵抗３１の抵抗値は、Ｒｄｃである。逆起電力Ｅｇは、モータが駆動されているときに発生する電圧である。
【００３８】
図１１は、計測部４２０の内部構成を示すブロック図である。計測部４２０は、供給電圧値記憶部４２１と、抵抗値記憶部４２２と、逆起電力定数記憶部４２３と、ＰＷＭ値記憶部４２４とを備えている。計測部４２０は、さらに、回転速度入力部４２５と、目標トルク値設定部４２６と、トルク定数記憶部４２７と、演算部４２８と、ＰＩＤ制御部４２９と、変換部４３０とを備えている。
【００３９】
供給電圧値記憶部４２１は、電源２４（図１１）から電磁コイル１１に供給される供給電圧値Ｅｓを記憶する。抵抗値記憶部４２２は、内部抵抗３１（図１１）の抵抗値Ｒｄｃを記憶する。なお、抵抗値記憶部４２２は、内部抵抗３１の温度等から抵抗値Ｒｄｃを算出することとしてもよい。逆起電力定数記憶部４２３は、モータ本体１００の逆起電力定数Ｋｅを記憶する。ＰＷＭ値記憶部４２４は、ＰＷＭ値Ｄold［％］を記憶する。
【００４０】
このＰＷＭ値Ｄoldは、モータにＰＷＭ制御が行なわれている場合において、電磁コイル１１に電源が供給されている期間の長さの、全期間に対する割合を示す値である。すなわち、モータに対してＰＷＭ制御が行なわれた結果として、電磁コイル１１に電源が供給される期間の長さが０．６であり、電磁コイル１１に電源が供給されない期間の長さが０．４である場合には、ＰＷＭ値Ｄold＝６０％となる。電磁コイル１１に電源が供給される期間の長さは、上述したように、電圧指令値Ｙａと、可変抵抗値Ｒｖによって決定される。ＣＰＵ２２０は、電圧指令値Ｙａと抵抗値Ｒｖの値から、ＰＷＭ値Ｄoldを算出し、このＰＷＭ値ＤoldをＰＷＭ値記憶部４２４に供給する。
【００４１】
回転速度入力部４２５は、回転エンコーダ３００からの位置信号ＲＥＰを回転速度Ｎ［ｒｐｍ］に変換し、回転速度Ｎを演算部４２８に供給する。なお、回転エンコーダ３００としては、高分解能のエンコーダを用いることが好ましい。また、停止状態付近の不安定領域を除去するため、回転速度入力部４２５は、例えばＮ＝０．００１［ｒｐｍ］以下の場合には、Ｎ＝０［ｒｐｍ］とすることとしてもよい。また、回転速度入力部４２５は、過去の回転速度Ｎの値から、未来の回転速度Ｎの値を予測・算出することとしてもよい。
【００４２】
目標トルク値設定部４２６は、モータが発生する目標となるトルク値Ｔｔを設定する。この目標トルク値Ｔｒは、演算部４２８に供給される。トルク定数記憶部４２７は、モータ本体１００におけるトルク定数Ｋｔを記憶する。
【００４３】
演算部４２８は、以下の式（１）にしたがって、モータの回転速度ω［ｒａｄ／ｓ］を算出する。
【数１】
2010124653.tif 000003
次に、演算部４２８は、以下の式（２）にしたがって、モータに発生する逆起電力Ｅｇを算出する。
【数２】
2010124653.tif 000004
また、演算部４２８は、以下の式（３）にしたがって、駆動平均電圧値Ｅａｖを算出する。
【数３】
2010124653.tif 000005
そして、演算部４２８は、以下の式（４）にしたがって、電磁コイル１１に流れる電流値Ｉｓｘを算出する。
【数４】
2010124653.tif 000006
また、演算部４２８は、以下の式（５）にしたがって、目標電流値Ｉｔを算出する。
【数５】
2010124653.tif 000007
【００４４】
図１２は、演算部４２８による演算結果を示す表である。この図７では、供給電圧値Ｅｓ＝１５０［Ｖ］、抵抗値Ｒｄｃ＝８０［Ω］、逆起電力定数Ｋｅ＝０．４［Ｖｓ／ｒａｄ］である。この図７によれば、回転速度Ｎが１０［ｒｐｍ］、１００［ｒｐｍ］、１０００［ｒｐｍ］、１５００［ｒｐｍ］の場合には、電流値Ｉｓｘは、それぞれ０．１８［Ａ］、０．３２［Ａ］、０．４１［Ａ］、０．１５［Ａ］として算出されることが理解できる。
【００４５】
ＰＩＤ制御部４２９（図１１）は、電流値Ｉｓｘと、目標電流値Ｉｔとを入力とし、ＰＩＤ制御をおこなって、更新ＰＷＭ値Ｄnewを決定する。すなわち、ＰＩＤ制御部４２９は、測定電流値Ｉｓｘと目標電流値Ｉｔとの偏差（Ｉｓｘ−Ｉｔ）を求め、この偏差に対する比例動作と積分動作と微分動作を行うことによって、更新ＰＷＭ値Ｄnewを決定する。なお、ＰＩＤ制御以外の他の制御方法を用いて更新ＰＷＭ値Ｄnewを決定してもよい。この更新ＰＷＭ値Ｄnewは、変換部４３０に供給される。
【００４６】
変換部４３０は、電磁コイル１１に電源が供給されている期間の割合が更新ＰＷＭ値Ｄnewとなるように、電圧指令値Ｙａと抵抗値Ｒｖを算出する。この更新された電圧指令値Ｙａと抵抗値Ｒｖは、それぞれ電圧指令値レジスタ５８０及び励磁区間設定部５９０に供給される。この結果、電流値Ｉｓｘが目標電流値Ｉｔを追従するように、駆動信号が生成される。すなわち、モータの発生するトルクが、目標トルク値を追従するように、駆動信号が生成される。なお、ＣＰＵ２２０は、目標トルク値を書き換えることが可能である。また、抵抗値Ｒｖ（すなわち励磁区間ＥＰの割合）は、常に一定値（例えばＥＰ＝１００％）に維持するようにしてもよい。
【００４７】
このように、本実施例におけるブラシレスモータでは、計測部４２０が電流値Ｉｓｘを算出するので、シャント抵抗を省略することができる。そして、シャント抵抗による電力損失や、発熱を抑制することが可能となる。また、本実施例におけるブラシレスモータでは、目標トルク値Ｔｔを追従するように、駆動信号を生成することができる。
【００４８】
Ｂ．第２実施例：
図１３は、第２実施例における計測部４２０ｂの内部構成を示すブロック図である。第２実施例における計測部４２０ｂは、ＰＷＭ値記憶部４２４及びＰＩＤ制御部４２９が省略されているという点と、演算部４２８ｂの動作が異なっているという点が、図１１に示した第１実施例における計測部４２０と異なっている。
【００４９】
演算部４２８ｂは、第１実施例の演算部４２８と同様に、上記式（１）、式（２）及び式（５）にしたがって、回転速度ω、逆起電力Ｅｇ及び目標電流値Ｉｔを算出する。次に、演算部４２８ｂは、以下の式（６）にしたがって、更新供給電圧値Ｅnew［Ｖ］を算出する。
【数６】
2010124653.tif 000008
ここで、更新供給電圧値Ｅnewは、目標トルク値Ｔｒを発生するために要求される供給電圧値の平均値に関連付けられた値である。すなわち、更新供給電圧値Ｅnewは、本発明における「平均電圧指標値」に相当する。
そして、演算部４２８ｂは、以下の式（７）にしたがって、更新ＰＷＭ値Ｄnew［％］を算出する。
【数７】
2010124653.tif 000009
変換部４３０は、第１実施例と同様に、電磁コイル１１に電源が供給される期間の割合が更新ＰＷＭ値Ｄnewとなるように、電圧指令値Ｙａと抵抗値Ｒｖを算出する。換言すれば、変換部４３０は、供給電圧値の平均値が更新供給電圧値Ｅnewとなるように、電圧指令値Ｙａと抵抗値Ｒｖの値を算出する。
【００５０】
図１４ないし図１７は、演算部４２８ｂによる演算結果を示す表である。図１４は、回転速度Ｎが一定（Ｎ＝１００）で、目標トルク値Ｔｔを変化させた場合の演算結果を示している。このように、回転速度Ｎが一定であっても、目標トルク値Ｔｔが変化する場合には、更新ＰＷＭ値Ｄnewも変化することが理解できる。
【００５１】
図１５は、回転速度Ｎが変化する場合において、目標トルク値Ｔｔが０．００１［Ｎｍ］に設定されている場合と、目標トルク値Ｔｔが−０．００５［Ｎｍ］に設定されている場合の演算結果を示している。なお、更新ＰＷＭ値Ｄnewがマイナスを示す場合は、ＣＰＵ２２０が正逆方向指示値ＲＩをＨレベルに設定し、モータに逆転の駆動力を発生させる。
【００５２】
図１６は、回転速度Ｎが変化する場合において、目標トルク値Ｔｔも変化させている場合の演算結果を示している。図１７は、図１６にモータの回転位置を追加した表である。なお、計測部は、目標回転位置と、実際に回転エンコーダ３００で検出される回転位置とに基づいてＰＩＤ制御を行なって、モータの位置制御をすることとしてもよい。
【００５３】
このように、第２実施例では、計測部４２０ｂが更新ＰＷＭ値Ｄnewを適切に算出するので、適切にモータを制御することが可能である。
【００５４】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５５】
Ｃ１．変形例１：
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモータ、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
【００５６】
図１８は、本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ３１００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源３１１０Ｒ、３１１０Ｇ、３１１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ３１４０Ｒ、３１４０Ｇ、３１４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３１５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系３１６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン３１７０と、プロジェクタ３１００の全体を制御する制御部３１８０と、を備えている。冷却ファン３１７０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００５７】
図１９（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図１９（Ａ）は携帯電話３２００の外観を示しており、図１９（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話３２００は、携帯電話３２００の動作を制御するＭＰＵ３２１０と、ファン３２２０と、燃料電池３２３０とを備えている。燃料電池３２３０は、ＭＰＵ３２１０やファン３２２０に電源を供給する。ファン３２２０は、燃料電池３２３０への空気供給のために携帯電話３２００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池３２３０で生成される水分を携帯電話３２００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン３２２０を図１９（Ｃ）のようにＭＰＵ３２１０の上に配置して、ＭＰＵ３２１０を冷却するようにしてもよい。ファン３２２０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００５８】
図２０は、本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモータ３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モータ３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモータ３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ３３１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【００５９】
図２１は、本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２のアーム３４１０，３４２０と、モータ３４３０とを有している。このモータ３４３０は、被駆動部材としての第２のアーム３４２０を水平回転させる際に使用される。このモータ３４３０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【００６０】
図２２は、本発明の実施例によるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モータ３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモータ３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モータ３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモータ３５１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００６１】
Ｃ２．変形例２：
上記第１実施例では、ＰＩＤ制御を用いてフィードバック制御を行なっていたが、この代わりに、Ｐ制御やＰＩ制御等の各種のフィードバック制御技術を用いることも可能である。
【００６２】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、供給電圧値Ｅｓを固定とし、ＰＷＭ制御と、電圧指令値Ｙａの制御及び励磁区間ＥＰの制御とを行なって、電磁コイルに供給される電圧の平均値を変化させているが、この代わりに、ＰＷＭ制御と、電圧指令値Ｙａの制御及び励磁区間ＥＰの制御とを行なわずに、供給電圧値Ｅｓを変化させて、電磁コイルに供給される電圧を変化させることとしてもよい。この場合には、電動機としてブラシ付きＤＣモータを利用してもよい。また、ＰＷＭ制御と、電圧指令値Ｙａの制御及び励磁区間ＥＰの制御と伴に、供給電圧値Ｅｓを変化させることとしてもよい。
【００６３】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例においてソフトウェアで実現されている機能の一部をハードウェアで実現してもよく、あるいは、ハードウェアで実現されている機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。
【００６４】
Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、２相のモータとして説明されているが、本発明は１相モータや３相以上のモータにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施例としてのブラシレスサーボモータの構成を示す説明図である。
【図２】ブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】ドライバ回路の内部構成を示す説明図である。
【図４】駆動信号生成部２４０の内部構成と動作を示す説明図である。
【図５】磁気センサ出力の波形とＰＷＭ部５３０で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。
【図６】ＰＷＭ部５３０の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図７】モータ正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】モータ逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１０】電源からモータ本体の電磁コイルまでの回路構成を模式的に示す説明図である。
【図１１】計測部４２０の内部構成を示すブロック図である。
【図１２】演算部４２８による演算結果を示す表である。
【図１３】第２実施例における計測部４２０ｂの内部構成を示すブロック図である。
【図１４】演算部４２８ｂによる演算結果を示す表である。
【図１５】演算部４２８ｂによる演算結果を示す表である。
【図１６】演算部４２８ｂによる演算結果を示す表である。
【図１７】演算部４２８ｂによる演算結果を示す表である。
【図１８】本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図１９】本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【図２０】本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図２１】本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図２２】本発明の実施例によるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…ステータコイル
１１…電磁コイル
２４…電源
３０…ロータ
３１…内部抵抗
４０Ａ…磁気センサ
１００…モータ本体
１１２…回転軸
２００…駆動制御回路
２２０…ＣＰＵ
２４０…駆動信号生成部
２５０…ドライバ回路
２６０…ＡＤ変換部
３００…回転エンコーダ
４２０…計測部
４２０ｂ…計測部
４２１…供給電圧値記憶部
４２２…抵抗値記憶部
４２３…逆起電力定数記憶部
４２４…ＰＷＭ値記憶部
４２５…回転速度入力部
４２６…目標トルク値設定部
４２７…トルク定数記憶部
４２８…演算部
４２８ｂ…演算部
４２９…ＰＩＤ制御部
４３０…変換部
５１０…基本クロック生成回路
５２０…分周器
５３０…ＰＷＭ部
５３１…カウンタ
５３３…ＥＸＯＲ回路
５３５…駆動波形形成部
５４０…正逆方向指示値レジスタ
５５０…乗算器
５６０…符号化部
５８０…電圧指令値レジスタ
５９０…励磁区間設定部
５９２…電子可変抵抗器
５９４…電圧比較器
５９６…電圧比較器
３１００…プロジェクタ
３１１０…光源
３１４０…液晶ライトバルブ
３１５０…クロスダイクロイックプリズム
３１６０…投写レンズ系
３１７０…冷却ファン
３１８０…制御部
３２００…携帯電話
３２２０…ファン
３２３０…燃料電池
３３００…自転車
３３１０…モータ
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…モータ
３５００…鉄道車両
３５１０…モータ
３５２０…車輪
【図１】
2010124653.tif 000010
【図２】
2010124653.tif 000011
【図３】
2010124653.tif 000012
【図４】
2010124653.tif 000013
【図５】
2010124653.tif 000014
【図６】
2010124653.tif 000015
【図７】
2010124653.tif 000016
【図８】
2010124653.tif 000017
【図９】
2010124653.tif 000018
【図１０】
2010124653.tif 000019
【図１１】
2010124653.tif 000020
【図１２】
2010124653.tif 000021
【図１３】
2010124653.tif 000022
【図１４】
2010124653.tif 000023
【図１５】
2010124653.tif 000024
【図１６】
2010124653.tif 000025
【図１７】
2010124653.tif 000026
【図１８】
2010124653.tif 000027
【図１９】
2010124653.tif 000028
【図２０】
2010124653.tif 000029
【図２１】
2010124653.tif 000030
【図２２】
2010124653.tif 000031